化学专业实验讲义(1112版).doc

化学专业实验讲义 化学专业实验讲义化学专业教研室编山东轻工业学院2009.10I目 录无机化学综合设计实验1实验一 废旧干电池的回收利用1实验二 从海带中提取碘3分析化学综合设计实验4实验一 Pb3O4组成的测定4有机化学综合设计实验5实验一 双丙酮丙烯酰胺的合成5实验二 植物色素的提取7物理化学综合设计实验11实验一 表面活性剂的物理化学性质研究11实验二 苯的稳定化能的测定及量子化学计算12化学专业实验15实验一 Co(NH3)6Cl3和Co(NH3)5ClCl2的制备及电导测定15实验二 杂多化合物K5CoW12O4020H2O的合成与鉴定16实验三 乙酰水杨酸（阿斯匹林）的合成17实验四 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合（有机玻璃板的制备）19实验五 水质稳定剂低分子量聚丙烯酸（钠盐）的合成和分析20实验六 醋酸乙烯酯的乳液聚合22实验七 双酚A环氧树脂的制备23实验八 化学氧化聚合制备聚苯胺2627无机化学综合设计实验实验一 废旧干电池的回收利用1.1 实验目的1了解电池的分类、构造、基本工作原理、主要用途及对环境的危害。2根据C, MnO2, NH4Cl, ZnCl2等物质的性质差异，联系溶解、过滤、蒸发、结晶、加热、灼烧等实验操作，探索将MnO2, NH4Cl, ZnCl2从混合物中逐一分离出来的方法，以及NH4+, Zn2+, MnO2的检验操作。3通过回收干电池，防止污染，变废为宝，增强环保意识。 4通过实践感悟求知过程，拓展知识面，巩固实验操作技能，锻炼思维品质，培养创新能力。5学习科技论文的书写格式。1.2 实验方式查阅资料、设计实施方案、分组实验（每班四人一组），撰写小论文。1.3 实验准备1每一小组自备1号废干电池一对（或5号废干电池6个）、一把小刀；到图书馆查阅有关电池知识的书刊资料，下载、阅读、保留备用。2根据实验方案设计实验提纲，讨论实验关键步骤及安全注意事项。 1.4 实验原理日常生活用的干电池为锌锰干电池，其负极是作为电池壳体的锌电极，正极是被MnO2包围的石墨电极，电解质是氯化锌与氯化铵的糊状物。图1.1是一节干电池的剖面图。回收废干电池可以得到很多有用的物质，如：铜，锌，二氧化锰，碳棒等。为了防止锌皮快速氧化造成电解质的泄漏，常在锌皮中掺入汞，形成锌汞齐，而汞对环境有较大的危害性，因此废干电池的回收利用是一举两得的事。干电池正极上的铜帽是铜合金，回收可以制得相应的铜化合物。干电池的外壳由锌制成，剥取外壳，洗净后可得锌片；也可以加热熔化（在陶瓷坩埚中加热到419.5 C），杂质浮于液面，刮去杂质，锌液倒在漏勺上，锌液穿过小孔流入冷水中形成锌粒。干电池中的黑色物质是由碳粉，二氧化锰，NH4Cl和ZnCl2等组成，经水洗分离可溶性物质NH4Cl和ZnCl2，沉淀经灼烧除去有机物得MnO2。NH4Cl的提取可以根据它与ZnCl2溶解度的不同来分离。1.5 实验用品废干电池，甲醛，NaOH，浓HCl，浓硫酸，双氧水，漏勺，酚酞，蒸发皿，天平，吸滤装置，滴定管，平口螺丝刀，钳子，剪刀。1.6 实验内容（供参考）1材料准备取一个废干电池，剥去外层包装纸，撬去顶盖，用小刀挖去沥青层，用钳子慢慢拔出碳棒；用剪刀将废干电池外壳剥开，倒出里面碳粉、二氧化锰、NH4Cl和ZnCl2等黑色混合物。2从黑色混合物中提取氯化铵（1）取适量黑色混合物倒入烧杯中，加入适量蒸馏水（50 mL），搅拌、溶解、过滤；滤液用以提取氯化铵，滤渣用以制备二氧化锰。（2）将滤液倒入蒸发皿，加热蒸发，待留有少量母液时，停止加热，冷却后得氯化铵固体。测定氯化铵含量：取适量固体氯化铵放入250 mL锥形瓶，加入蒸馏水，甲醛（用酚酞为指示剂），摇匀静置，用0.1 M NaOH标准溶液滴定，计算NH4Cl含量。3从黑色混合物中提取MnO2将上一步的滤渣放入蒸发皿，加热搅拌灼烧，去除有机物，冷却得到MnO2。将MnO2与苛性钾混合在空气中加热熔融，可得到K2MnO4，再以镍为阳极，铁为阴极，将所得K2MnO4电解，得到KMnO4。4由锌皮制备ZnSO47H2O将锌皮用适量酸溶解，加热，反应完全后，过滤。将滤液加热煮沸，加入双氧水，不断搅拌下滴入2 M NaOH溶液，逐渐有大量白色沉淀产生。继续滴定至PH=8为止。将沉淀转入烧杯中，加入适量硫酸，将溶液加热至沸，转入蒸发皿，蒸至出现晶膜，自然冷却，抽滤，将所得晶体吸干，称量，计算得到ZnSO47H2O产率。5回收铜收集铜帽，用稀硫酸加热、溶解得到硫酸铜溶液，溶液过滤，转入蒸发皿。1.7 注意事项1实验开始前应准确称量干电池的质量，实验过程中准确称量收集的干电池的各部分物质。2为了实验安全，由锌皮制备硫酸锌应在老师指导下进行。1.8思考题 1. 如何利用滤液中的锌盐制备氧化锌半导体材料？往滤液中加入氨水时，为什么会出现土黄色浑浊？它们是什么？2滤液中总有少量的锰离子，如何将其与锌离子分开？1.9 结果与讨论从实验结果讨论废干电池回收利用的现实价值。参考资料1 浙大、华东理工大、川大合编，殷学锋主编，新编大学化学实验，北京：高教出版社，2002。2 邱光正、张天秀、刘耘主编，大学基础化学实验，济南：山东大学出版社，2000。3 成都科技大学、浙江大学合编，分析化学实验（第二版），北京：高等教育出版社，1989年。 4 刘耘、周磊主编，无机及分析化学，济南：山东大学出版社，2001年。5 日本化学会编，无机化合物合成手册，第二卷，曹素忱等译，北京：化工出版社。6 中山大学等校编，无机化学实验，北京：高等教育出版社。实验二 从海带中提取碘2.1 实验目的1认识从植物中提取有用化学品的价值和意义，了解单质碘的用途。2熟悉碘离子、碘酸根和单质碘之间的化学反应和单质碘的化学测定方法。3学习萃取和蒸馏的基本操作。2.2 实验原理碘是动植物和人体所必需的微量元素，也是制造无机和有机碘化物的基本原料，特别是在医药方面用途很大。碘在海洋中含量甚微，但某些海洋植物，如海带、海藻等具有选择性地吸收和富集碘的能力；如干海带中碘含量约为0.5%。海带产量高，价廉易得，是提取碘的一种重要原料。从海带中提取碘的方法很多，如离子交换法，空气吹出法等。在碘提取过程中，先用浸泡或焙烧使海带中的碘转化为无机碘化物或碘酸盐形式进入溶液或灰分中，然后采用氧化析碘，常用的氧化剂又重铬酸钾、氯气、过氧化氢、氯酸钾、二氧化锰等，但这些氧化剂有将碘继续氧化成碘酸盐的可能，实验过程不好控制。有文献报道，采用弱氧化剂亚硝酸盐，能够使氧化过程停留在生成单质碘，而不被进一步氧化。析出的碘，再用萃取法收集，能够使原料中的碘损失小，收率高。干海带中的碘经焙烧后，主要形成无机碘化物，浸泡后进入溶液，调整溶液的pH值，使溶液曾酸性，用亚硝酸钠氧化，再经萃取、歧化、析碘。其反应如下：2I- + 4H+ + 2NO2- = I2 + 2NO + 2H2O3I2 + 6OH- = IO3- + 5I- + 3H2OIO3- + 5I- + 6H+ = 3I2 + 3H2O2.3 实验材料和试剂 实验材料：干海带（市售）；试剂：四氯化碳、盐酸、氢氧化钠、亚硝酸钠2.4 实验步骤1称取干海带20 g，除去表面杂质，并将其剪成碎片，置于一500 mL的烧杯中，加入适量100 mL 0.1 M的氢氧化钠溶液，小火加热煮沸0.5 h后，慢慢升温蒸干其中的水分。2将烧杯中的海带转移至一100 mL的坩埚中，用少量水冲洗烧杯后转移至坩埚中；将坩埚置于马弗炉中，于300 C保温2 h，其间观察坩埚中海带的变化。3将坩埚中的灰分转移至一100 mL的烧杯中，用少量水浸泡煮沸，过滤，连续处理3-4次，将滤液合并；加热浓缩，浓缩液用6 M的盐酸溶液酸化至pH1，搅拌下滴加饱和亚硝酸钠溶液，此时可观察到有单质碘析出。4将烧杯中的混合物转移至分液漏斗中，用适量CCl4萃取（CCl4加入量约为浓缩液体积的1/21/3），观察有机层的颜色。往分液漏斗中加入适量5 M的NaOH溶液，观察有机层的颜色变化，回收有机层。5水层用6 M的盐酸溶液重新酸化，重新析出碘，分离，精制。2.5思考题1干海带焙烧前为什么要先加入碱溶液煮沸半小时？ 2.为什么要重新酸化析碘？还可以采用哪些方法是有机相中的碘析出？3. 碘精制的方法有哪些？4. 为什么采用亚硝酸盐氧化？采用重铬酸盐、（高）氯酸盐和双氧水氧化是否可行？为什么？参考文献1 周令芬，新法从海带中提取碘J.海南大学报（自然科学版），1997，15:(3),236.2 崔克宇，刘少春，王悦，吕明，韩磊，从海带中提取碘的实验研究J.吉林师范大学学报（自然科学版），2007,(4),38.分析化学综合设计实验实验一 Pb3O4组成的测定1.1 实验目的1测定Pb3O4的组成。2进一步练习碘量法操作。1.2 实验原理Pb3O4为红色粉末状固体，欲称铅丹或红丹。该物质为混合价态氧化物，其化学式可写成PbII2PbIVO4 即式中氧化数为+2的Pb占2/3，而氧化数为+4的Pb占1/3。Pb3O4与HNO3反应时，由于PbO2的生成，固体的颜色很快从红色变为棕黑色：Pb3O4 + 4 HNO3 = PbO2 + 2 Pb(NO3)2 + 2 H2O很多金属离子均能与多齿配体EDTA以1:1的比例生成稳定的螯合物，以+2价金属离子M2+为例，其反应如下：M2+ + EDTA4- = MEDTA2-因此，只要控制溶液的PH，选用适当的指示剂，就可用EDTA标准溶液，对溶液中的特定金属离子进行定量测定。本实验中Pb3O4经HNO3作用分解后生成的Pb2+，可用六亚甲基四胺控制溶液的PH为56，以二甲酚橙为指示剂，用EDTA标准液进行测定。PbO2是种很强的氧化剂，在酸性溶液中，它能定量地氧化溶液中的I-：PbO2 + 4 I- + 4 HAc = PbI2 + I2 + 2 H2O + 4 Ac-从而可用碘量法来测定所生成的PbO2。1.3 实验仪器和药品仪器：分析天平、台秤、称量瓶、干燥器、量筒（10 mL，100 mL）、烧杯（50 mL）、锥形瓶（250 mL）、吸滤瓶、布氏漏斗、酸式滴定管（50 mL）、碱式滴定管（50 mL）、洗瓶、水泵固体药品：四氧化三铅（A.R.），碘化钾（A.R.）；液体药品：HNO3 (6 mol/L)、EDTA标准溶液(0.01 mol/L)、Na2S2O3标准溶液(0.01 mol/L)、NaAc-HAc (1:1) 混合液、NH3H2O (1:1)、六亚甲基四胺（20%）、淀粉（2%）材料：滤纸、PH试纸1.4 实验步骤1.4.1 Pb3O4的分解用差量法准确称取0.5g干燥的Pb3O4，把它置于50 mL的小烧杯中，同时加入2 mL 6mol/L的HNO3溶液，用玻璃棒搅拌，使之充分反应，可以看到红色的Pb3O4很快变为棕黑色的PbO2。接着吸滤将反应产物进行固液分离，用蒸馏水少量多次地洗涤固体，保留滤液及固体供下面实验用。思考题：能否加其它酸如H2SO4或HCl溶液使Pb3O4分解？为什么？1.4.2 PbO含量的测定 把上述滤注全部转入锥形瓶中，往其中加入46滴二甲酚橙指示剂，并逐滴加入1:1的氨水，至溶液由黄色变为橙色，再加入20%的六亚甲基四胺至溶液呈稳定的紫红色（或橙红色），再过量5 mL，此时溶液的PH为56。然后以EDTA标准液滴定溶液由紫红色变为黄色时，即为终点。记下所消耗的EDTA溶液的体积。1.4.3 PbO2含量的测定将上述固体PbO2连同滤纸一并置于另一只锥形瓶中，往其中加入30 mL HAc与NaAc混合液，再向其中加入0.8 g固体KI，摇动锥形瓶，使PbO2全部反应而溶解，此时溶液呈透明棕色。以Na2S2O3标准溶液滴定至溶液呈淡黄色时，加入1 mL 2%淀粉液，继续滴定至溶液蓝色刚好褪去为止，记下所用去的Na2S2O3溶液的体积。思考题：PbO2氧化I- 需在酸性介质中进行，能否加HNO3或HCl溶液以替代HAc？为什么？1.5 实验数据处理由上述实验算出试样中+2价铅与+4价铅的摩尔比，以及Pb3O4在试样中的质量分数。本实验要求，+2价铅与+4铅摩尔比为20.05，Pb3O4在试样中的质量分数应大于或等于95%方为合格。1.6 思考题1从实验结果，分析产生误差的原因。 2自行设计另外一个实验，以测定Pb3O4的组成。参考文献分析化学实验，武汉大学主编，高等教育出版社，2002.有机化学综合设计实验实验一 双丙酮丙烯酰胺的合成双丙酮丙烯酰胺(Daceton acrylamide, DAAM)，别名：双胺-N-（1,1-二甲基-3-氧代丁基）丙烯酰胺, 分子式C9H15NO2，分子量169.22。DAAM为白色或淡黄色片状结晶，熔点56.557.0，沸点120，闪点126（开放式）；粘度17.9 cp (60)，比重0.998（60）。双丙酮酰胺的结构式 双丙酮丙烯酰胺是一种重要的精细化工产品，除可用作均聚物之外，还可作为聚合物改性用单体进行共聚。可与其共聚的单体主要有，甲基丙烯酸甲脂、苯乙烯、乙酸乙烯脂、氯乙烯、马来酸酐、硬脂酸、N-乙烯基吡咯烷酮、偏氯乙烯、丙烯腈、甲基乙烯基酮、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸乙脂、丙烯酸丁脂、丙烯酸-2-乙基己脂、丁二烯等。这些均聚物和共聚物用途十分广泛，如用于涂料、胶粘剂、日化、环氧树脂固化剂、感光树脂助剂、纺织助剂、医疗卫生等领域。随着技术进步和发展，双丙酮丙烯酰胺新的应用领域逐渐得到开发，因此双丙酮丙烯酰胺应用领域逐渐得到开发，双丙酮丙烯酰胺应用和发展前景十分广阔。1.1 实验目的1学习回流、蒸馏、搅拌、控温、萃取、重结晶等操作在合成中的综合运用。2学习探索有机产品工艺条件的实验方法及数据处理。1.2 实验原理1. 二丙酮醇的合成2. 噁嗪硫酸盐的合成反应历程：3. 双丙酮丙烯酰胺的合成1.3 仪器药品250mL四口瓶, 100mL滴液漏斗，250mL梨形分液漏斗，抽滤装置，100mL锥形瓶，100mL烧杯，500mL烧杯，显微熔点仪。丙酮，丙烯腈，浓硫酸，甲苯，氢氧化钠，PH试纸1.4 实验步骤1. 噁嗪硫酸盐的合成四口瓶中安装上机械搅拌、回流冷凝管、滴液漏斗、温度计。取0.5mol丙酮，按照n双丙酮醇：n丙烯腈：n浓硫酸 = 1：1.2：2.2的比例称取丙烯腈和浓硫酸（代表摩尔数）。将浓硫酸加入250 mL四口烧瓶中。将丙烯腈与丙酮混合，加入滴液漏斗中。将反应瓶放入冰浴中，开动搅拌，将滴液漏斗中液体慢慢滴加到反应瓶中，约1小时左右滴完，滴加过程中保持温度05C。然后将温度缓慢升温至4042C，保持温度反应3小时。降温至15C。滴液漏斗中加入80 mL丙酮，搅拌下滴加到反应瓶中，控制滴加速度，使温度不超过20C。加完后搅拌1小时。抽滤，得到白色固体。用10mL 丙酮洗涤2次。所得固体放入干燥器中干燥过夜。称重，计算产率。2. 双丙酮丙烯酰胺的合成将所得的噁嗪硫酸盐溶于50 mL水中，加入四口瓶中，并加入80 mL 甲苯，开动搅拌混合均匀。根据噁嗪硫酸盐的重量，称取适量的NaOH配成饱和溶液用于中和噁嗪硫酸盐。将所配溶液加入滴液漏斗中，慢慢滴加到四口瓶中，滴加过程温度不超过20C。 加完后搅拌0.5小时。将混合物转入分液漏斗中，静止分层。有机层蒸馏出约40 mL甲苯，剩余物转移到烧杯中静止冷却，析出固体。抽滤，干燥，称重，测熔点。3. 合成工艺条件研究按照上述步骤，保持其它条件不变，将保温反应时间分别变为2小时，4小时，5小时进行反应，记录产品的产量和熔点。按照上述步骤，保持其它条件不变，将反应温度分别改为30 C、50 C、55 C进行反应，记录产品的产量和熔点。1.5 数据处理将每次实验所得产品的产量（g）对反应时间（t）及反应温度（T）作图，找出反应时间和反应温度的最佳条件。1.6 思考题1. 反应开始时，为什么要控制温度05C？2. 该反应容易发生哪些副反应？参考文献1. Organic Syntheses, CV 1, 1992. 苏碧泉,盛丽,牛克彦. 双丙酮丙烯酰胺的合成J. 当代化工 , 2003, (04): 12-13实验二 植物色素的提取2.1 薄层色谱法简介薄层色谱法（Thin Lager Chromatography）（缩写为TLC）是快速分离和定性分析少量物质的一种很重要的实验技术。最典型的在玻璃板上均匀铺上一薄层吸附剂，制成薄层板，用毛细管将样品溶液点在起点处，把此薄层板置于盛有溶剂的容器中，待溶液到达前沿后取出，晾干，喷以显色剂，测定色斑的位置。由于层析是在薄层板上进行，故称为薄层层析。根据铺上薄层的固体的性质，薄层层析可分为：（1）吸附层析，是用硅胶、氧化铝等吸附剂铺成的薄层，这就是利用吸附剂对不同组分吸附能力的差异从而达到分离的方法；（2）分配薄层层析可，是由支持剂如硅胶纤维素的铺成的薄层；（3）离子交换层析，由含有交换基团的纤维素铺成的薄层，根据离子交换原理而达到分离。1 吸附剂最常用于TLC的吸附剂为硅胶和氧化铝两种吸附剂，其中最常用的为氧化铝G和硅胶G。（1） 硅胶 常用的商品薄层层析用的硅胶为：硅胶H不含粘合剂和其它添加剂的层析用硅胶硅胶G含煅烧过的石膏（CaSO4.1/2H2O）作粘合剂的层析用硅胶。标记G 代表石膏（Gypsum）硅胶HF254含荧光物质层析用硅胶，可用于254 nm的紫外光下观察荧光。硅胶GF254含煅烧石膏、荧光物质的层析用硅胶。（2）氧化铝 与硅胶相似。商品氧化铝也有Al2O3-G, Al2O3-HF254, Al2O3-GF254.2薄层板的制备和活化（1） 制备 薄层载片 如是新的玻璃板（厚约2.5 mm），切割成150*30*2.5 mm或100*30*2.5 mm的载玻片，水洗，干燥。如果重新使用的载玻片。要用洗衣粉和水洗，用水淋洗，用50%甲醇溶液淋洗，让片完全干燥。取用时应让手指接触片的边缘，因为指印沾污片的表面上将使吸附剂难于铺在片上。硬质塑料膜也可作为载片。（2）制备浆料容器：高型烧杯或带螺旋盖的广口瓶。操作：制成浆料的要求要均匀，不带团块，粘稠适当。为此，应将吸附剂慢慢地加至溶剂中，边加边搅拌。如果将溶剂加至吸附剂中常常会出现团块状，加料毕，剧烈搅拌，最好用广口瓶，旋紧盖子，将瓶剧烈摇动，保证充分混合。一般1 g硅胶G需要0.5%羧甲基纤维素钠（CMC）清液34 mL或约3 mL氯仿；1 g氧化铝G需0.5% CMC清液约2 mL。不同性质的吸附剂用溶剂是有所不同，应根据实际情况予以增减。按照上述规格的载玻片，每块约用1 g硅胶G。将浆料采取下列三种方法铺层：薄层的厚度位0.251 mm，厚度尽量均匀。否则，在展开时溶剂前沿不齐。 平铺法 可用资质的涂布器图布（见图2-58）。将洗净的几块玻璃片在涂布器中间摆好，上下两边各夹一块比前者厚0.251 mm的玻璃板，将浆料倒入涂布器的槽中，然后将涂布器自坐向右推去即可将浆料均匀铺成玻璃板上。若无涂布器，也可将浆料倒在左边的玻璃板上，然后用边缘光滑的不锈钢尺或玻璃片将浆料自左向右刮平，即得一定厚度的薄层。 倾注法 将调好的浆料倒在玻璃板上，用收左右摇晃，是表面均匀光滑（必要时可于平台处让一端触台面另一端轻轻跌落数次并互换位置）。然后，把薄层板放于已校正水平面的平板上晾干。 浸涂法 将载玻片浸入盛有浆料的容器中，浆料高度约为载玻片长度的5/6，使载玻片涂上一层均匀的吸附剂1。操作是：在带有螺旋盖的瓶子中盛满浆料（1 g硅胶G需要3 mL氯仿或需要3 mL氯仿-乙醇混合物（体积比为2:1），在不断搅拌下慢慢将硅胶加入于氯仿中，盖紧，用力振摇。使之成均匀糊状），选取大小一直的载玻片紧贴在一起，两块同时浸涂。因为浆料在放置时会沉积，故浸涂之前均应将其剧烈振摇。用拇指和食指捏住玻璃片上端（参看图2-59）缓慢地均匀地将片浸入浆料中并取出多余的浆料任其自动滴下，直至大部分溶剂已挥发后将两块分开，放在水平板上晾干。若浆料太稠，涂层可能太后，甚至不均匀，若浆料稀薄，则可能是涂层薄。若出现上述两种情况，须调整粘稠度。要掌握铺层技术，反复实践是必要的。薄层板的活化温度，硅胶板于105110烘30 min，氧化铝板于150160烘4 h，可得-活性级的薄层，活化后的薄层板放在干燥器内保存备用。以上介绍的是湿法铺层的操作，至于干法不介绍了。3点样在距薄层长端810 mm处，划一条线，作为起点线。用毛细管（内径小于1 mm）吸取样品溶液（一般以氯仿、丙酮、甲醇、乙醇、苯、乙醚或四氯化碳等作溶剂，配成1%溶液）垂直地轻轻接触到薄层的起点线上。如溶液太稀，一次点样不够，第一次点样干后，在点第二次、第三次，多次点样是，每次点样都应在同一圆心上。点的次数依样品溶液浓度而定，一般为25次。若样品量太少时，有的成分不易显出；若量太多时易造成斑点过大，互相交叉或拖尾，不能得到很好的分离。点样后的斑点直径以扩散成12 mm圆点为度。若为多处点样时，则点样间距为11.5 cm。4展开薄层的展开需在密闭的容器中进行。先将选择的展开剂2放在色谱器中，使色谱器内空气饱和510 min，再将点样好试样的薄层板放入色谱器中进行展开。点样的位置必须在展开剂液面之上。当展开剂上升到薄层的前沿（离顶端510 mm）或各组分已明显分开时，取出薄层板放平晾干，用铅笔或小针划前沿的位置后即可显色。根据Rf值的不同对个组分进行鉴定。5显色展开完毕，取出薄层板，划出前沿线，如果化合物本身有颜色，就可直接观看它的斑点。如果本身无色，可先在紫外线下观察有无荧光斑点，用小针在薄层上划出斑点的位置。也可在溶剂蒸发前用显色剂喷雾显色。不同类型的化合物需用不同的显色剂。凡可用于纸色谱的显色剂都可用于薄层色谱，薄层色谱还可使用腐蚀性的显色剂如浓硫酸、浓盐酸和浓磷酸等。对于未知的样品显色剂是否合适，可先取样品溶液一滴，点在滤纸上，然后滴加显色剂，观察有否色点产生。也可将薄层板除去溶剂后，放在含有少量碘的密闭容器中显色来检查色点，许多化合物都能和碘成黄棕色斑点。但当碘蒸气挥发后，棕色斑点即易消失（自容器取出后，呈现的斑点一般于23 s内消失），所以显色后，应即用铅笔或小针标出斑点的位置，计算出Rf值。一些常用显色剂见表2-1。表2-1 一些常用的显色剂示例显色剂配置方法能被检出对象浓硫酸碘蒸气碘的氯仿溶液磷钼酸乙醇溶液铁氰化钾-三氯化铁试剂四氢邻苯二甲酸酐硝酸铈铵香兰素-硫酸茚三酮98%H2SO4将薄层板放入缸内被碘蒸气饱和数分钟0.5%碘的氯仿溶液5%磷钼酸乙醇溶液，喷后120烘，还原性物质显蓝色，氨薰，背景变为无色1%铁氰化钾，2%三氯化铁使用前等量混合2%溶液，溶剂：丙酮氯仿（10：1）6%硝酸铈铵的2mol/L硝酸溶液3g香兰素溶于100mL乙醇中，再加入0.5mL浓硫酸0.3g茚三酮溶于100mL乙醇喷后，110热至斑点出现大多数有机化合物在加热后可显出黑色斑点很多有机化合物显黄棕色同上还原性物质显蓝色还原性物质显蓝色，再喷2mol/L盐酸，蓝色加深，检酚、胺、还原性物质芳烃薄层板再105烘5min之后，喷显色剂，多元醇在黄色底色上有棕黄色斑点高级醇及酮成绿色氨基酸、胺、氨基糖显色剂种类很多，需要时参阅陈耀祖编著：有机分析，高等教育出版社，1981. P. 4755.2.2 试剂药品玻璃片（10 cm3 cm），展缸，毛细管，分液漏斗，锥形瓶硅胶G，羧甲基纤维素钠，新鲜菠菜叶，乙醇，石油醚，丙酮，乙酸乙酯，无水硫酸钠，圆底烧瓶2.3 实验步骤1. 薄层色谱板的制备取四块玻璃片，用硅胶G经0.5%羧甲基纤维素钠调制后制版，晾干后在110活化1小时。2. 色素溶液的制备称取3 g洗净后用滤纸吸干的新鲜菠菜，用剪刀剪碎并与5 mL乙醇拌匀，在研钵中研磨，依次用l0 mL乙醇、5 mL2石油醚提取。将合并的提取液放到50 mL分液漏斗中，用10 mL2水洗，弃去水层，石油醚层用少量无水Na2SO4干燥(约l5 min)，然后将石油醚层转移到带支管的试管内，用水浴加热、水泵减压，浓缩到约0.5 mL。3. 展开剂的配置用石油醚和丙酮及石油醚和乙酸乙酯按不同体积比混合，得到不同极性的展开剂：（a）石油醚-丙酮=8:2、6:4、5:5、4:6、2:8（体积比），（b）石油醚-乙酸乙酯=8:2、6:4、5:5、4:6、2:8（体积比）4. 分离在硅胶板上点样后，分别用不同展开剂展开，分别测出胡萝卜素、叶绿素、叶黄素的Rf值，比较不同展开剂系统的展开效果。注释1片上涂层要均匀，既不应有纹路，带团粒，也不应有能看到玻璃的薄涂料点。2薄层色谱展开剂的选择原则和柱色谱相同，主要根据样品的极性、溶解度和吸附剂的活性等因素来综合考虑。溶剂的极性越大，则对化合物的洗脱力越大，即Rf值越大。如发现样品各组分的Rf值较大，可考虑换用一种极性较小的溶剂，或在原来的溶剂中加入适量极性较小的溶剂去展开，如原用氯仿为展开剂，则可加入适量的苯。相反，如原用展开剂使样品各组分的Rf值较小，则可加入适量极性较大的溶剂，如氯仿中加入适量的乙醇试行展开，以达到分离的目的。各种溶剂的极性参见前柱色谱部分。物理化学综合设计实验实验一 表面活性剂的物理化学性质研究 本实验课时为25学时，要求学生首先要查阅大量相关资料，了解表面活性剂的特性及胶束形成原理，根据实验要求，自行设计出实验草案，小组讨论后形成可行实验方案，然后进行实验。 1.1 实验目的 1、了解表面活性剂的特性及胶束形成原理。2、掌握DDS-11A型电导仪的使用方法。3、用电导法测定十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度。1.2 实验原理明显”两亲”性质的分子,即含有亲油的足够长的(大于1012个碳原子)烃基，又含有亲水的极性基团(通常是离子化的)。由这一类分子组成的物质称为表面活性剂，表面活性剂分子都是由极性部分和非极性部分组成的。表面活性剂进入水中，在低浓度时呈分子状态,并且三三两两地把亲油基团靠拢而分散在水中。当溶液浓度加大到一定程度时，许多表面活性物质的分子立刻结合成很大的集团，形成”胶束”。以胶束形式存在于水中的表面活性物质是比较稳定的。表面活性物质在水中形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度，以CMC表示。当表面活性剂溶于水中后，不但定向地吸附在溶液表面，而且达到一定浓度时还会在溶液中发生定向排列而形成胶束。表面活性剂为了使自己成为溶液中的稳定分子，有可能采取的两种途径：一是把亲水基留在水中，亲油基伸向油相或空气；二是让表面活性剂的亲油基团相互靠在一起，以减少亲油基与水的接触面积。前者就是表面活性剂分子吸附在界面上，其结果是降低界面张力,形成定向排列的单分子膜，后者就形成了胶束。由于胶束的亲水基方向朝外，与水分子相互吸引，使表面活性剂能稳定溶于水中。本实验利用DDS-11A型电导仪，测定不同浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导值(也可换算成摩尔电导率)，并作电导值(或摩尔电导率)与浓度的关系图，从图中的转折点求得临界胶束浓度。1.3 仪器和药品DDS-11A电导率仪一台、容量瓶(100mL) 10只、260型电导电极一支、恒温水浴一套、容量瓶(1000mL)一只。氯化钾(分析纯)、十二烷基硫酸钠(分析纯)、电导水1.4 实验步骤1、用电导水或重蒸馏水准确配制0.01 molL-1的KCl标准溶液。2、取十二烷基硫酸钠在80烘干3小时，用电导水或重蒸馏水准确配制0.002，0.006，0.007，0.008，0.009，0.010，0.012，0.014，0.018，0.020 molL-1的十二烷基硫酸钠溶液各100 mL.3、开通电导率仪和恒温水浴的电源预热20min。调节恒温水浴温度至25或其它合适温度。4、在恒定的温度下，用0.001 molL-1KCl标准溶液标定电导池常数。用DDS-11A型电导仪从稀到浓分别测定上述各溶液的电导值。用后一个溶液荡洗存放前一个溶液的电导池三次以上，各溶液测定时必须恒温10秒钟，每个溶液的电导读数三次，取平均值。5、列表记录各溶液对应的电导，并换算成电导率或摩尔电导率。6、实验结束后，用蒸馏水洗净试管和电极。1.5 数据处理作出电导率与浓度的关系图，从图中转折点处找出临界胶束浓度。1.6 注意事项1、测定水溶液电导时要按从稀到浓的顺序来测。2、配制溶液时必须保证浓度的准确性。1.7 实验报告要求1、给出实验目的、原理及详细的实验步骤。2、作出电导率与浓度的关系图，从图中转折点处找出临界胶束浓度。1.8 思考题1、若要知道所测得的临界胶束浓度是否准确，可用什么实验方法验证之？2、非离子型表面活性剂能否用本实验方法测定临界胶束浓度？若不能，则可用何种方法测之？3、溶解的表面活性剂分子与胶束之间的平衡温度和浓度有关系，其关系式为：4、试问如何测出其热效应?实验二 苯的稳定化能的测定及量子化学计算本实验课时为25学时，要求学生首先要查阅大量相关资料，了解稳定化能的概念，参考结构化学内容，进行量子化学理论计算，并根据实验要求，自行设计出实验草案，小组讨论后形成可行实验方案，然后进行实验。2.1 实验目的1、明确稳定化能的概念。了解怎样采用实验方法和理论计算得到苯分子稳定化能的数据。2、用氧弹量热计测定苯、环己烷、环己烯的恒容燃烧热，从所得数据计算苯分子的稳定化能。3、采用分子轨道理论HOMO，ROMO方法计算苯分子的稳定化能，并与实验值相对比。2.2 实验原理环己烷和环己烯的生成热之差可视为双键的生成热。如果苯环有3个双键，苯和环己烷的生成热之差应该是双键生成热的3倍。实际上，苯的能量却低于由3个双键所预期的值。这是因为苯分子是一个典型的共轭分子，其P电子轨道互相重叠，形成离域大键。这种离域大键体系的能量比对应的经典结构式所表达的普通双键体系的能量低，其差额称为共振能，即稳定化能。实际上，从燃烧热的数据可以估算苯的稳定化能。环己烷和环己烯燃烧热焓H之差E，与环己烯上的孤对双键结构相关，即：EH环己烷H环己烯 若苯环是由3个相同的孤对双键构成。则环己烷与苯燃烧热焓之差值理应等于3E。但事实证明：H环己烷H苯3E这是由于苯分子的共轭结构使其能量低于3个孤对双键的能量，实验证明，此差额正是苯分子的稳定化能E，即：E（H环己烷H苯）3（H环己烷H环己烯）本实验先测定量热计的热容，可用基准物如苯甲酸法标定，然后分别称取苯、环己烷、环己烯在氧弹中燃烧，由体系的热容和试样燃烧后温度的升高值计算各物质的燃烧热，进而计算苯分子的稳定化能。与实验值进行对比，理论计算采用量子化学方法，分子轨道理论，HMO法处理苯分子，计算出苯分子的稳定化能。1.3 仪器和药品氧弹量热计，压片机，精密温差仪、分析天平、计算机苯、环己烷、环己烯、苯甲酸、药用胶囊1.4 实验步骤1、测定量热计的热容用压片机将约1g的量热基准物质苯甲酸压成片状，用分析天平准确称量后，置于燃烧杯中。剪取15cm长的点火丝，将其中部绕成1cm长的螺旋线，两端系于点火电极上，并使螺旋线紧贴在样品片上。然后装进氧弹中，拧紧盖子并充入氧气后，置于量热计中，按量热计的操作步骤测定其燃烧后的温度升高值。2、测定试样的燃烧热选取一个密封良好的药用胶囊，在分析天平上称其质量后，用滴管小心滴入苯至其容积的4/5（约0.4g），套好胶囊，再称出苯的质量。将装好试样的胶囊置于燃烧杯中，接上点火丝并使其螺旋线紧贴在胶囊上，然后测其燃烧热。扣除胶囊的热值后即为苯的燃烧热。同法测定环己烷和环己烯的燃烧热。3、测定胶囊的燃烧热称取10个胶囊，适当压紧后置于燃烧杯中，同上法测定胶囊的燃烧热。1.5 数据处理1、对各次测定作雷诺温度校正，求出温差T。2、计算量热计的热容。3、计算药用胶囊的燃烧热（J/g）。4、从量热计的热容、各液体样品燃烧时的温度升高值和胶囊的燃烧热，计算苯、环己烷和环己烯的恒容燃烧热，并由：HQPQVnRT 计算恒压反应热。5、由燃烧热数据计算苯分子的稳定化能。6、采用分子轨道理论HOMO，ROMO方法计算苯分子的稳定化能，并与实验值相对比。1.6 讨论与思考1、精确的测量是本实验的关键，找出可能存在的操作误差和系统误差。2、还可以用何种方法进行理论计算得到苯分子的稳定化能？化学专业实验实验一 Co(NH3)6Cl3和Co(NH3)5ClCl2的制备及电导测定1.1 目的要求 1. 学会氨与钴（III）的不同组成配合物的合成方法；2. 了解电导测量的基本原理，通过电导测量掌握确定配合物电离类型的方法。 1.2 基本原理 在衡量电解质溶液导电能力与所含电解质数量的关系时，常使用电导（G）的概念： G = a/L，L和a分别表示导体的长度和截面积，为电导率。电导率可定义为电极距离为1 m，电极截面积为1 m2，中间放置1 m3的电解质溶液的电导，其单位为Sm-1。电导率不受几何因素的影响。溶液的摩尔电导是指把含有1 mol的电解质溶液置于相距为1 m的两个电极之间的电导。若以C表示溶液的摩尔浓度，则含有1mol电解质溶液的体积为C-1 10-3 m3，此时溶液的摩尔电导为： m = 10-3/C （m的单位为Sm2mol-1） 在一定温度下，测得配合物稀溶液的电导率后，即可求得溶液的摩尔电导。然后将其与已知解质溶液的摩尔电导加以对照，即可确定该配合物的电离类型。表1为25时，不同溶剂中、不同类型配合物的m的一般范围（Sm2mol-1）。 表1 25时配合物的m的一般范围（Sm2mol-1） 离子类型 溶剂 1:1 1:2 1:3 1:4 水 118131 235273 408435 560 乙醇 3545 7090 120 160 甲醇 80115 160220 290350 450 乙睛 120160 220300 340420 500 丙酮 100140 160200 270 360 1.3 仪器与试剂 1. 仪器 电导率仪，离心机，电子天平，100 mL烧杯，恒温水浴锅，冰箱，电炉，100 mL容量瓶2. 试剂 NH4Cl，CoCl2，活性炭，浓氨水，浓盐酸，30% H2O2，乙醇，丙酮 1.4 实验步骤 1. Co(NH3)6Cl3的制备 称取0.6 g NH4Cl放入离心试管中，加1 mL水使其溶解。加热近沸，分批加入0.9 g研细的CoCl26H2O，溶解后加入0.1 g活性炭。冷却，加入2 mL浓氨水，继续冷却至10以下，滴加1 mL 30% H2O2，摇动试管。5060恒温约20分钟，冰水冷却后离心分离，弃去上层清液。小烧杯中加8 mL水加热至沸，加入0.3 mL浓盐酸，用此溶液把离心试管中的沉淀溶解。趁热过滤，滤液中加1 mL浓盐酸，冷却，即有晶体析出。过滤，晶体用冷的6 mol/L HCl洗涤2次，抽干。100110下干燥1 h。2. Co(NH3)5ClCl2的制备 在离心试管中加入3.0 mL浓氨水，再加入0.5 g氯化铵搅拌使其溶解。在不断搅拌下分数次加入1.0 g研细的CoCl26H2O，得到黄红色Co(NH3)6Cl2沉淀。 在不断搅拌下慢慢滴入1 mL 30% H2O2溶液，生成深红色Co(NH3)5H2OCl3溶液。慢慢注入3 mL浓盐酸，生成紫红色CoCl(NH3)5Cl2晶体。将此混合物在水浴上加热15 min后，冷却至室温，离心分离，用总量约2 mL冰冷的蒸馏水将沉淀洗涤2次，然后用等量的冰冷6 mol/L盐酸洗涤2次，再用少量无水乙醇洗涤1次，最后用丙酮洗涤1次，每次洗涤后都离心分离，产品于100110干燥1 h。3. 电导测量 用100 mL容量瓶分别配置浓度为0.001 mol/L的配合物Co(NH3)6Cl3和CoCl(NH3)5Cl2水溶液，测量其电导率。根据测量数据，计算出各配合物的摩尔电导m，并根据摩尔电导值推断各配合物的离子类型。1.5 思考题 1. 如何控制晶体的析出？影响晶体质量有哪些因素？ 2. 溶液的浓度会影响共电导率吗？如何影响？ 实验二 杂多化合物K5CoW12O4020H2O的合成与鉴定2.1 实验目的 1. 了解杂多化合物的组成和结构。 2. 了解杂多化合物的一般合成方法。 3. 合成杂多化合物K5CoW12O4020H2O，并由红外光谱法鉴定产物。 2.2 实验原理 在经典的杂多化合物的合成中，人们已经较多的二种常见组成类型为具有Keggin结构的阴离子XM12O40和具有Dawson结构的阴离子X2M12O62。具有Keggin结构的阴离子有五种异构体，其中-Keggin结构中的杂原子XO4四面体以桥氧被四个M3O13单元包围在中间。在M3O13单元中，三个MO6八面体之间两两共边后，三个单元又共一个顶点构成M3O13（考虑到共边和共顶点因素，属于每个单元只有10个氧原子，故可写成M3O13单元）。四个M3O13单元之间靠共顶点氧而构成-Keggin结构。M3O13单元和-Keggin结构常用来合成杂多化合物的方法是酸化简单含氧阴离子和所含杂原子的水溶液： 7 MoO42-+8 H+Mo7O246- + 4 H2O12 WO42-+HPO42-+23 H+PW12O403-+12 H2O加入合适的阳离子，杂多酸盐从水溶液中析出。在实验中，试剂的加入顺序、控制合适的温度和溶液的pH值都是非常重要的。 本实验合成杂多化合物K5CoW12O4020H2O，K2S2O8做氧化剂，将Co2+氧化为Co3+，分别用醋酸和硫酸酸化产物，产物中有较多杂质，经重结晶后控制合适的结晶速度，可得到纯净的金黄色大棒状晶体。 产物可由红外光谱（IR）鉴定。杂多化合物往往都有特征的红外光谱，K5CoW12O4020H2O的IR谱除34003500 cm-1和16201630 cm-1二个结晶水的特征吸收峰以外，CoW12O405-阴离子有四个特征吸收峰。其中955 cm-1，895 cm-1，758 cm-1吸收峰与WO键振动有关，而433 cm-1的吸收峰可能与CoO振动有关。2.3 仪器与试剂 1. 仪器 抽滤装置，煤气灯，台秤，精密pH试纸，三角架，显微镜，红外光谱仪 2. 试剂 钨酸钠，硫酸，过二硫酸钾，醋酸钴，氯化钾，冰醋酸，冰 2.4 实验步骤 1. 向13 mL去离子水中加入2滴冰醋酸后，再加入2.5 g醋酸钴，搅拌溶解得醋酸钴溶液。 2. 将19.8 g钨酸钠溶于40 mL去离子水，以醋酸调至pH值至6.57.5得钨酸钠溶液。 3. 将醋酸钴溶液加入到加热近沸的钨酸钠溶液中，小火煮沸混合物15 min, 趁热加入13 g KCl固体，溶解后将混合物冷却至室温，抽滤，以少量滤液洗涤沉淀物。4. 称取2325 g滤出的沉淀物，加入40 Ml 2 mol/L H2SO4，小火加热几分钟后过滤，弃去沉淀物。将滤液加热至沸，搅拌下每次加入约0.5 g K2S2O8（注意不要太快，以免溶液爆沸）直至溶液由蓝绿色转为橙色（约需5 g K2S2O8），煮沸58 min以分解过量的K2S2O8。 5. 将上述混合物冷却至室温，若析出的晶体较少可用冰浴冷却（不要过冷，以免硫酸钾等杂质析出过多），得不纯的K5CoW12O4020H2O晶体，显微镜下（或放大镜）观察到黄色棒状晶体和无色透明杂晶。吸滤，将粗产品以10 mL热去离子水重结晶。 6. 取少量较纯净的、空气中自然干燥的晶体产物，加入100200倍的KBr，按要求研细后压片，测其红外光谱，以鉴定其纯度及结构。 如果产物含有杂质，则IR图上在10001200 cm-1有几个吸收峰，杂质较多时，该区域的吸收峰较强甚至会掩盖WO在955 cm-1的特征吸收峰，并且在570610 cm-1处出现强吸收峰。此外，CoW12O405-在IR谱中的四个特征吸收峰可能有较小的位移，这是正常现象。 2.5 思考题1. 如何使晶体长得大而杂质尽可能少？ 2. 为什么化合物的特征IR吸收峰有时会有些位移？ 3. 为什么醋酸钴溶解前先向水中加两